您的位置:首頁>正文

你大腦裡的物理實驗室

堅實的實驗基礎永遠是物理學的奠基。 但我們探究的問題往往會超越實驗的可行範圍, 這時候就需要我們大腦裡用嚴謹的邏輯思維構建出的實驗室進行“思想實驗”。

當一片羽毛和一塊石頭同時掉落, 石頭會先落地。 現在大家都知道是因為受空氣阻力的影響。 而在西元前的古希臘, 亞里斯多德認為是因為重的物體掉落的速度比較快。

兩千年後的伽利略對此提出了異議。

在伽利略的最後一本書《兩種新科學》中設想了一個思想實驗:考慮有兩塊不同重量的石頭, (如果亞裡斯多德是對的)它們將以不同的速度下落。 現在想像把兩塊石頭用一根細繩連起來。

繩子相對於石頭很輕, 並假設對石頭運動的影響忽略不計。 那被連起來的兩塊石頭因為下落的速度不同, 繩子會被拉緊, 較輕的石頭會減慢較重石頭的下降速度。 但根據亞里斯多德的推算, 兩塊石頭加起來因為品質增加了而會落得更快, 兩個結果互相矛盾。 所以伽利略猜想, 如果空氣阻力的影響可以忽略不計的話, 物體下落的速度與其品質無關。 這也是著名的比薩斜塔上的實驗證明的觀點。

思想實驗在科學的發展過程中扮演著重要的角色。 其中一個最重要的實踐者就是愛因斯坦。 在探究引力的問題時, 愛因斯坦提出了這樣一個構想:想像一下你在一個密閉的房間裡, 需要計算裡面的引力場。 你可能會扔出一些物體, 然後通過測量他們的速度來推算引力。 但是如果你在高速上升或下降的電梯裡,

或飛速行駛的火箭中, 再做這些速度測量, 又該如何區分引力和加速度的影響?結果是並沒有辦法來區分你所在環境的差異。 因此, 愛因斯坦總結引力為時空本身的特徵 (即它的曲率), 而不是自然力。

△ 同時處於生和死的薛定諤貓。

在另一個會讓動物保護者奮起抗議的思想實驗中, 薛定諤指出:衰變的量子粒子可以產生一隻同時存活和死亡的貓。 儘管作為量子力學的創始人之一, 薛定諤不願意接受這個結果最令人驚訝的含義:量子理論是不完備的。 但從那以後, 人們開始辯論是否應該真正接受同時死亡和活著的貓的可能性。 從而引出了量子物理的蓬勃發展。

近年來,物理學家們一直被黑洞所困擾。黑洞的存在是肯定的(最近通過LIGO天文臺發現引力波證實了這一點),但我們對它的瞭解仍然是少之又少。根據斯蒂芬·霍金的說法,這些黑洞最終會通過發射量子輻射而蒸發掉。但如果我們把一本書扔進一個黑洞,然後等待黑洞完全蒸發呢?這本書中的資訊會發生什麼?它會以某種方式被霍金輻射傳出,或永遠消失?這些問題的答案依然在物理學家的思想實驗室中進行,在邏輯思維和數學模型的引導下漸漸浮出水面。

最終,我們對世界的瞭解來自收集真實資料的真實實驗,而不是不需要我們離開扶手椅的思想實驗。科技的進步無疑帶動著物理科學的不斷進展,我們在實驗和理論的相輔相成中不斷探究。但當目前的科技手段無法滿足理論的需求,請不要忽略了思想實驗的重要性。因為只有提出問題,才會得到答案。

近年來,物理學家們一直被黑洞所困擾。黑洞的存在是肯定的(最近通過LIGO天文臺發現引力波證實了這一點),但我們對它的瞭解仍然是少之又少。根據斯蒂芬·霍金的說法,這些黑洞最終會通過發射量子輻射而蒸發掉。但如果我們把一本書扔進一個黑洞,然後等待黑洞完全蒸發呢?這本書中的資訊會發生什麼?它會以某種方式被霍金輻射傳出,或永遠消失?這些問題的答案依然在物理學家的思想實驗室中進行,在邏輯思維和數學模型的引導下漸漸浮出水面。

最終,我們對世界的瞭解來自收集真實資料的真實實驗,而不是不需要我們離開扶手椅的思想實驗。科技的進步無疑帶動著物理科學的不斷進展,我們在實驗和理論的相輔相成中不斷探究。但當目前的科技手段無法滿足理論的需求,請不要忽略了思想實驗的重要性。因為只有提出問題,才會得到答案。

同類文章
Next Article
喜欢就按个赞吧!!!
点击关闭提示